JP4697066B2 - 電極接合方法及び部品実装装置 - Google Patents

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Description

本発明は、部品の電極を基板上の電極に接合する電極接合方法及びそれを適用した部品実装装置に関し、特に電極表面をプラズマ洗浄したのちその状態を維持して電極を接合することで信頼性の高い接合状態を得る電極接合方法及び部品実装装置に関するものである。
従来、バンプ電極や平面電極を有する半導体素子や、バンプ電極や平面電極を設けたフレキシブル基板を有する部品などの各種部品を、平面電極やバンプ電極を有する基板上に搭載してそれらの電極同士を接合する場合に、電極表面に酸化膜が生じていたり、有機物の付着汚れや吸着した水分が存在した状態で超音波接合や熱圧着接合を行うと、接合面にそれらを噛み込むことによって接合力不足が発生する。そのため、部品や基板の電極の表面をウエット洗浄して酸処理したり、真空処理室内でのプラズマ処理によるクリーニングを行ったりして、電極表面の酸化膜を除去したり、有機物の付着汚れを除去することで、接合力及び信頼性の高い接合状態を得ることが知られている。
ところが、洗浄を行う洗浄装置は大掛かりな装置を必要としてコスト高になるとともに、洗浄装置と部品を基板に搭載して接合する実装装置は離れて設置されているのが通例であり、それらの間で基板や部品を移送する間に、空気中の水分、酸素、炭酸ガスなどにより、酸化膜や有機物の付着汚れや水分吸着を再度発生してしまい、接合力が低下するという問題があった。
そこで、このような問題を解消する接合方法として、例えば、図１０に示すように、接合物（電子部品）６１と被接合物（基板）６２を、互いの平滑な面をほぼ平行に保ちながら近接させ、それらの間にガスノズル６３にて不活性ガス６４を供給してその隙間に不活性ガスを充満させるとともに、接合物６１と被接合物６２の間に電源６５から電力を印加してプラズマ６６を発生させ（図１０（ａ）参照）、その後電力供給を停止してプラズマ６６を消滅させた後（図１０（ｂ）参照）、接合物６１を被接合物６２に接触させて接合させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、図１１に示すように、ガス源７１から流量調整手段７２を介して大気圧プラズマ発生手段７３に不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを供給し、その混合ガスに大気圧プラズマ発生手段７３で高周波電界を印加することで大気圧プラズマ７４を発生させ、発生した大気圧プラズマ７４をプラズマノズル７５から接合物（電子部品）７６と被接合物（基板）７７の接合部に向けて噴射し、接合部の表面をプラズマにより洗浄しながら、接合装置７８にて接合物７６と被接合物７７の清浄な接合部同士を当接することによって接合物７６と被接合物７７を接合する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−２２３６００号公報 特開２００４−２２８３４６号公報
ところで、図１０に示した構成では、接合物６１と被接合物６２の間に電源６５から電力を供給してそれらの間にプラズマ６６を発生させているため、接合物６１と被接合物６２との間に発生したプラズマ６６は強く帯電しており、そのため接合物６１が電極を持った半導体素子である場合、接合物６１そのものをチャージアップ等により損傷させる恐れがあって、接合物６１自体の品質レベルを低下させてしまうという問題がある。
また、図１１に示した構成では、大気圧プラズマ発生手段７３で発生した大気圧プラズマ７４は寿命が短く、大気圧プラズマ発生手段７３から出ると急激に衰えるため、大気圧プラズマ発生手段７３とプラズマノズル７５の間の距離を短くする必要があって、実際の装置においては各機具の配置スペースの関係から図１１に示したような態様で実施するのは困難であり、またプラズマノズル７５から大気中に出た大気圧プラズマ７４は大気中に含まれる水分や酸素と衝突して消えてなくなるという問題があり、プラズマノズル７５から照射される大気圧プラズマ７４の有効範囲はプラズマノズル７５の先端から３ｍｍ以内であることが知られている。しかるに、図１２に示すように、接合物（電子部品）７６の電極７６ａと被接合物（基板）７７の電極７７ａが形成されている領域は、小さい接合物（電子部品）７６では数ｍｍ、大きい接合物（電子部品）７６では数十ｍｍであり、そのような状況では、Ａ部のように、大気圧プラズマ７４を照射したい電極７６ａ表面に向けて照射できなかったり、Ｂ部のように、照射したい電極７６ａ表面に照射できても既にプラズマの効果が得られない状況になっている場合が多々生じるという問題がある。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、基板に接合する部品に損傷を与える恐れなくまた部品の電極配置領域が大きくても電極表面をプラズマ洗浄することができかつ洗浄した状態を維持して電極を接合でき、接合力が高く、信頼性の高い接合状態を得ることができる電極接合方法及び部品実装装置を提供することを目的とする。
本発明の電極接合方法は、部品の電極を基板上の電極に接合する電極接合方法であって、部品と基板の少なくとも何れか一方の洗浄対象の電極表面に大気圧プラズマを照射して洗浄するプラズマ洗浄工程と、大気圧プラズマの照射が終了する時点以前に洗浄対象の電極表面とその周辺を第１の不活性ガスで覆ってその後もその状態を維持する不活性ガス雰囲気維持工程と、不活性ガス雰囲気維持工程を終了する前に部品の電極と基板上の電極を接合する接合工程とを有し、プラズマ洗浄工程で、第２の不活性ガスに高周波電界を印加して発生させた大気圧プラズマに、第３の不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを衝突させて発生した大気圧プラズマにて洗浄対象の電極表面を洗浄することを特徴とするものである。なお、窒素ガスは、字義通りの不活性ガスではないが、本発明では本来の不活性ガスとほぼ同様に用いることができるので、本明細書においては不活性ガスに窒素ガスを含むものとする。
上記構成によれば、部品と基板の間に電力を供給してプラズマを発生させるのではなく、洗浄対象の電極表面に大気圧プラズマを照射しているので、基板に接合する部品の電極に電荷がチャージアップされて損傷を与えるような恐れなく電極表面をプラズマ洗浄することができ、またその洗浄した電極表面を第１の不活性ガスで覆うようにしているので洗浄した状態を維持することができ、その後洗浄した状態を維持したまま電極を接合するので、接合力が高く、信頼性の高い接合状態を得ることができる。また、プラズマ洗浄工程で、第２の不活性ガスに高周波電界を印加して発生させた大気圧プラズマに、第３の不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを衝突させて発生した大気圧プラズマにて洗浄対象の電極表面を洗浄すると、小さな電力で確実かつ安定して大気圧プラズマを発生することができるとともに、その大気圧プラズマに反応性ガス又は混合ガスを衝突させることで反応性ガスのラジカルを効率的にかつ大量に発生させて照射することができ、小さな電力で大きな領域の洗浄対象電極表面を洗浄することができる。
また、プラズマ洗浄工程で、照射する大気圧プラズマの近傍に配置した接地電極にてプラズマ中のイオンの電荷を除去し、主としてラジカルのみを照射すると、部品の電極に電荷がチャージアップされて損傷する恐れをさらに無くすことができる。
また、プラズマ洗浄工程において、大気圧プラズマを照射する前から洗浄対象の電極表面とその周辺を第１の不活性ガスで覆い、第１の不活性ガスを介して大気圧プラズマ中のラジカルを洗浄対象の電極表面に照射させると、第１の不活性ガス中ではラジカルの寿命が長くなるとともに、第１の不活性ガスにてそのラジカルが洗浄対象の電極表面の全面に展開されて照射されるので、洗浄対象の電極の配置領域が大きくてもすべての電極表面を確実にプラズマ洗浄することができる。
また、不活性ガス雰囲気維持工程では、第１の不活性ガスを洗浄対象の電極表面に沿って流れるように供給するとともに、洗浄対象の電極表面に沿って流れた後の第１の不活性ガスを吸引すると、洗浄対象の電極表面の全面を確実に第１の不活性ガスで覆うことができてその清浄状態を確実に維持できるとともに、上記のように大気圧プラズマを照射する前から供給すると、すべての電極表面をより確実にプラズマ洗浄することができる。
また、第１、第２、第３の不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、キセノン、ネオン、窒素、又はこれらの１種又は複数種の混合ガスから選ばれた、互いに同種若しくは異種のガスを用いるのが好適であり、また反応性ガスが水素ガスであると、酸化膜を除去することができ、酸素ガスであると有機物を分解して除去することができる。
また、本発明の部品実装装置は、基板上に部品を搭載し、基板の電極と部品の電極を接合する部品実装装置であって、基板を所定位置に位置決めする基板位置決め手段と、部品を供給する部品供給部と、部品供給部の部品をピックアップして移送し、基板上に搭載して基板の電極と部品の電極を接合する部品搭載手段と、第２の不活性ガスに高周波電界を印加して発生させた大気圧プラズマに、第３の不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを衝突させて発生した大気圧プラズマにて洗浄対象の電極表面を洗浄する大気圧プラズマを基板と部品の少なくとも何れか一方の洗浄対象の電極に照射する大気圧プラズマ照射手段と、大気圧プラズマを照射する電極の表面を第１の不活性ガスで覆うように第１の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、基板位置決め手段と部品供給部と部品搭載手段と大気圧プラズマ照射手段と不活性ガス供給手段を制御する制御部とを備え、制御部は、電極の表面に対する大気圧プラズマの照射が終了する時点以前に不活性ガス供給手段を動作させ、大気圧プラズマを照射した電極表面を第１の不活性ガスで覆った状態を維持したまま基板と部品の電極を接合するように制御するものである。
上記構成によれば、上記電極接合方法を実施して、部品の電極と基板の電極が高い接合力で安定して接合された状態で部品を基板に実装することができる。
また、第１の不活性ガスを大気圧プラズマが照射される電極表面に沿って流すように、第１の不活性ガスの吹き出し口と吸い込み口を部品搭載手段に配設すると、第１の不活性ガスで電極表面の全面を確実に覆うことができ、その清浄状態を確実に維持できる。
本発明の電極接合方法によれば、洗浄対象の電極表面にプラズマを照射することで基板に接合する部品に損傷を与える恐れなく電極表面をプラズマ洗浄することができ、またその洗浄した電極表面を第１の不活性ガスで覆うことで洗浄した状態を維持することができるとともに、洗浄した状態を維持したまま電極を接合するので、信頼性の高い接合状態を得ることができる。
以下、本発明の電極接合方法とそれを適用した部品実装装置の各実施形態について、図１〜図９を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
まず、本発明の電極接合方法の第１の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に、本実施形態の電極接合方法の基本的な工程を示す。図１において、まず工程（ａ）で、部品としての半導体素子１を吸着ヘッド２にて吸着して保持する。吸着ヘッド２には、図２に拡大して示すように、保持した半導体素子１の洗浄対象の電極表面を含む電極配置面３に向けて第１の不活性ガス４を吹き出すようにガス送出ヘッダ５が配設され、このガス送出ヘッダ５に第１の不活性ガスのガス源（図示せず）に接続されたガス供給管６が接続されている。次に、工程（ｂ）で、大気圧プラズマ照射手段７から吹き出した大気圧プラズマ８を電極配置面３に照射して電極配置面３を大気圧プラズマ８にてクリーニングするとともに、その大気圧プラズマ８の照射が終了する時点以前にガス送出ヘッダ５から第１の不活性ガス４を吹き出して電極配置面３とその周辺を不活性ガス雰囲気に維持する。第１の不活性ガス４のガス源としては、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）方式又は膜分離方式による窒素発生器により大気から直接的に得るようにしたものが、純度が９９％以上の窒素ガスを安価に得ることができ、かつ第１の不活性ガス４の純度としてはその程度で十分に効果があるので好適である。
ここで、大気圧プラズマによるクリーニングの原理を説明すると、大気圧近傍（圧力では、５００〜１５００ｍｍＨｇの範囲）で、反応空間に不活性ガスを供給するとともに高周波電界を印加することで、反応空間中の不活性ガス原子が放電プラズマ中の電子により励起又は電離されて、ラジカルやイオンや電子となる。ラジカルはエネルギーの高い準安定状態にある原子で、周辺にある同種又は異種の原子と反応し、それらの原子を励起又は電離させて安定状態に戻ろうとする性質がある。また、電子は次々同種又は異種の原子と衝突し、ラジカルやイオンや電子を発生させ、こうしてラジカルを発生する反応が雪崩れ現象的に進行する。ここに、水素ガスや酸素ガスなどの反応性ガスが存在すると、不活性ガスのラジカルによって周辺にある反応性ガスの原子が同様に励起又は電離され、反応性ガスのラジカルやイオンや電子となる。この反応性ガスのラジカルを含む大気圧プラズマが反応空間から吹き出され、被処理物表面に照射されると、反応性ガスのラジカルが被処理物表面の材料と反応し、表面の酸化物を還元除去したり、表面の有機物を分解除去したりするプラズマ処理によるクリーニングが行われる。
上記図示例の工程（ｂ）において、大気圧プラズマ照射手段７から吹き出した大気圧プラズマ８は、大気中では速やかに消滅することになるが、図示例においては、ガス送出ヘッダ５から第１の不活性ガス４を吹き出して電極配置面３とその周辺が第１の不活性ガス４で覆われており、その状態で大気圧プラズマ照射手段７上に沿って吸着ヘッド２を矢印の如く移動させることで、大気圧プラズマ８中のラジカルを第１の不活性ガス４の存在によって消滅させることなく、確実に電極配置面３に照射するとともに、吸着ヘッド２の移動によって、電極配置面３の全面に対して順次反応性ガスのラジカルを有する大気圧プラズマ８を効果的に照射することができ、これにより電極配置面３の全面を大気圧プラズマ８にてクリーニングする。
次に、工程（ｃ）で、上記のように大気圧プラズマ８にて電極配置面３のクリーニングを行った後も継続してガス送出ヘッダ５から第１の不活性ガス４を吹き出して、電極配置面３とその周辺を不活性ガス雰囲気に維持し、その状態で吸着ヘッド２を基板１０の半導体素子１の搭載位置に向けて移動させる。次に、工程（ｄ）で、基板保持テーブル９上に保持された基板１０の半導体素子搭載位置の直上に半導体素子１を位置決めした後、吸着ヘッド２と基板保持テーブル９を相対接近させて、基板１０の電極と半導体素子１の電極を当接させ、超音波接合や熱圧着接合にてそれらの電極同士を接合し、その接合工程が終了するまで第１の不活性ガス４による不活性ガス雰囲気を維持し、接合完了後第１の不活性ガス４の吹き出しを停止する。
なお、大気圧プラズマ照射手段７は、図２に示すように、筒状の反応容器１１の一端から第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガス１２を供給するとともに、その反応容器１１の外周に配設された一対の電極１３ａ、１３ｂに対して高周波電源１４にて、正弦波状やパルス状の高周波電圧を印加して反応容器１１内に高周波電界を印加することで、反応容器１１内で発生した大気圧プラズマ８を他端から吹き出すように構成されている。なお、一対の電極１３ａ、１３ｂに代えて、反応容器１１の外周にコイルやアンテナを配設した構成でも良く、又一対の平板電極を対向面に対向配置した構成でも良い。また、好適には、反応容器１１の他端の大気圧プラズマ８が吹き出す開口の近傍に、接地に接続された接地電極１５を配設することによって、吹き出す大気圧プラズマ８中のイオンを消滅させ、主としてラジカルのみが半導体素子１の電極配置面３に照射されるようにすることができる。これにより、半導体素子１の電極に電荷がチャージアップされて損傷する恐れをさらに確実に無くすことができる。
上記吸着ヘッド２とガス送出ヘッダ５の具体構成例としては、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、下面中央部に半導体素子１を吸着する吸着面１７を有するとともに、その四周を取り囲むように第１の不活性ガス４を四周に均等分配する均等分配室１８を有する吸着ヘッドブロック１６を設け、吸着面１７に設けた複数の吸着穴１７ａと上面の吸引口１９とを内部に形成した吸引通路２０にて接続し、均等分配室１８と上面のガス供給口２１とを内部に形成したガス通路２２にて接続し、均等分配室１８の下端送出口２３を、吸着面１７側に向けてガスを送出するように内傾させて形成した構成とすることができる。なお、吸引口１９は吸引手段（図示せず）に接続し、ガス供給口２１は第１の不活性ガス源（図示せず）に接続する。このように吸着ヘッド２とガス送出ヘッダ５の両者を一体的に組み合わせて構成することでコンパクトに構成できて好適である。
また、工程（ｄ）における電極間の接合においては、基板１０上の電極表面が金メッキされ、半導体素子１の電極として金バンプが設けられている場合には、両電極間に超音波振動を印加して接合する超音波接合が好適である。その際の加熱温度は５０〜２５０℃、超音波の周波数は２０〜２００ｋＨｚ、圧力は０．１〜１０ＭＰａが好適である。なお、超音波接合は、上記金−金接合に限定されるものではなく、他の材料の場合でも適用可能である。また、基板１０上の電極と半導体素子１の電極の少なくとも何れか一方が、半田ボールや半田メッキ等の半田材料からなる場合には、両電極を熱圧着して接合する熱圧着接合が好適である。その際の加熱温度は１５０〜３００℃が好適である。さらに、接合前に基板１０上の電極と半導体素子１の電極の少なくとも一方に異方導電性フィルム又は非導電性フィルムを貼り付け、あるいは異方導電性又は非導電性のペーストを配置して接合すると、容易にかつ確実に接合力を高めることができるとともに、基板１０と半導体素子１間の隙間を接合と同時に封止するようにすることもできる。
次に、本実施形態における半導体素子の基板への実装工程について、図４を参照して説明する。まず、工程（ａ）で、吸着ヘッド２と、ガス送出ヘッダ５と、基板１０上の電極を認識する画像認識カメラなどからなる第２の認識手段２４とを有する部品搭載手段２５を部品供給部２６に移動させて、その吸着ヘッド２にて半導体素子１を吸着してピックアップする。次に、工程（ｂ）で、上述のように半導体素子１の電極配置面３とその周辺が第１の不活性ガス４の雰囲気で覆われるようにガス送出ヘッダ５から第１の不活性ガス４を吹き出した状態で、部品搭載手段２５を大気圧プラズマ照射手段７の上部を通過するように移動させ、半導体素子１の電極配置面３のプラズマクリーニングを行うとともに、その後不活性ガス雰囲気で覆われた状態をそのまま維持し、電極に有機物、水分が付着したり、酸化膜が発生するのを防止する。次に、工程（ｃ）で、半導体素子１の電極又は認識マークが、画像認識カメラなどからなる第１の認識手段２７の直上に位置するように部品搭載手段２５を位置決めし、吸着している半導体素子１の電極又は認識マークの位置を認識し、正規の位置とのずれを検出する。次に、工程（ｄ）で、第２の認識手段２４が基板１０上の電極又は認識マークの直上に位置するように部品搭載手段２５を位置決めし、第２の認識手段２４で基板１０上の電極又は認識マークの位置を認識し、正規の位置とのずれを検出する。次に、工程（ｅ）で、半導体素子１の電極が基板１０上の電極の直上に位置するように、認識した位置ずれ量を補正して部品搭載手段２５を位置決めし、工程（ｆ）で、半導体素子１の電極配置面３を不活性ガス雰囲気で覆った状態を維持しつつ、半導体素子１の電極と基板１０上の電極を接合し、接合完了後ガス送出ヘッダ５からの第１の不活性ガス４の吹き出しを停止する。かくして、半導体素子１の基板１０への実装が終了する。その後、工程（ａ）に復帰して以上の動作を繰り返し、順次半導体素子１を基板１０上に実装する。
（第２の実施形態）
次に、本発明の電極接合方法の第２の実施形態について、図５〜図７を参照して説明する。尚、以下の実施形態の説明では、先行する実施形態と同一の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。
上記第１の実施形態では大気圧プラズマ照射手段７を部品搭載手段２５とは別に固定設置し、部品搭載手段２５がその上部を通過して移動することで半導体素子１の電極配置面３をプラズマ処理するようにした例を示したが、本実施形態では部品搭載手段２５に大気圧プラズマ照射手段２８を配置している。すなわち、図５に示すように、部品搭載手段２５の吸着ヘッド２が上下移動手段２９にて昇降可能に支持されるとともに、その周囲が下端開放のカバー３０にて覆われ、吸着ヘッド２が上昇位置にあるときカバー３０の下端部内に収容され、下降位置にあるときカバー３０の下端より下方に突出して位置するように構成されている。そして、このカバー３０内の上部から吸着ヘッド２の周辺に向けて第１の不活性ガス４を供給するように構成されるとともに、カバー３０の下端部一側に大気圧プラズマ照射手段２８が配設され、そのプラズマ吹き出しノズル３１がカバー３０の下端部を貫通してやや斜め上向きに開口されている。
次に、以上の構成による実装工程を説明する。まず、工程（ａ）で、部品搭載手段２５を部品供給部２６に移動させ、上下移動手段２９にて吸着ヘッド２を下降させて半導体素子１を吸着して保持する。次に、工程（ｂ）で、上下移動手段２９にて吸着ヘッド２を上昇させて吸着した半導体素子１をカバー３０内に収容するとともに、カバー３０内に第１の不活性ガス４を供給して半導体素子１の下面の電極配置面３を含めて不活性ガス雰囲気にする。なお、カバー３０内に常時第１の不活性ガス４を供給して不活性ガス雰囲気にするようにしても良い。次に、工程（ｃ）で、大気圧プラズマ照射手段２８を動作させてプラズマ吹き出しノズル３１から大気圧プラズマ８を吹き出す。すると、大気圧プラズマ８が第１の不活性ガス４の雰囲気中に吹き出されることで、大気圧プラズマ８が第１の不活性ガス４中に大きく展開し、展開したプラズマ３２が半導体素子１の下面に沿って広がり、半導体素子１の電極配置面３の全面が確実にプラズマクリーニングされる。プラズマクリーニングが終了すると大気圧プラズマ照射手段２８の動作は停止するが、カバー３０内の不活性ガス雰囲気は維持する。次に、工程（ｄ）で、カバー３０内の不活性ガス雰囲気を維持したまま、部品搭載手段２５を基板１０上に移動して位置決めした後、上下移動手段２９にて吸着ヘッド２を下降させて半導体素子１の電極と基板１０の電極を接合し、半導体素子１を基板１０に実装する。かくして、本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様の作用と効果を奏することができる。
次に、本実施形態の他の構成例について、図６を参照して説明する。図５の例では、カバー３０内に上方から第１の不活性ガス４を供給することで、吸着ヘッド２にて吸着された半導体素子１の下面の電極配置面３を含めてカバー３０内の全体を不活性ガス雰囲気にするようにした例を示したが、図６の構成例においては、吸着ヘッド２の周辺を取り囲むような下端開放のカバー３３を設け、このカバー３３の一側に第１の不活性ガスの吹き出し口３４を設けるととともに、他側に不活性ガスの吸い込み口３５を設け、吹き出し口３４から吹き出した第１の不活性ガス４が、吸着ヘッド２にて吸着された半導体素子１の下面の電極配置面３に沿って流動して吸い込み口３５に吸引されることで、流動する第１の不活性ガス４にて電極配置面３が不活性ガス雰囲気に保たれるように構成されている。そして、大気圧プラズマ照射手段２８のプラズマ吹き出しノズル３１が吹き出し口３４の下部近傍でやや斜め上向きに開口されている。
この構成例によれば、吹き出し口３４から吹き出した第１の不活性ガス４に吹き出した大気圧プラズマ８が衝突し、電極配置面３に沿って流動する第１の不活性ガス４に乗って大気圧プラズマ８のラジカルが運ばれることで、電極配置面３の全面に確実にプラズマ３２が展開し、電極配置面３の全面のプラズマクリーニングが効果的に行われる。
次に、本実施形態のさらに別の構成例について、図７を参照して説明する。図５、図６の例では、大気圧プラズマ照射手段７やプラズマ吹き出しノズル３１の断面形状やその大きさについて特に説明を加えていなかったが、大気圧プラズマを発生する反応空間が大きいとプラズマを発生するのが困難であるために小さいのが通例であり、かつその断面形状も円形若しくは方形のものが一般的であるため、吹き出す大気圧プラズマ８も小さい。そのため、大きな半導体素子１の電極配置面３を一度にプラズマクリーニングするのは困難であり、大気圧プラズマ照射手段２８又はそのプラズマ吹き出しノズル３１を電極配置面３に沿って走査させる必要があり、プラズマ処理に時間がかかることになる。
図７の構成例は、このような課題の解消を図るものであり、第１の不活性ガス４の吹き出し口３６が、半導体素子１の電極配置面３に幅寸法に対応する幅の偏平な長方形断面に形成され、第１の不活性ガス４を電極配置面３に沿ってその全幅で流動させるように構成されている。また、大気圧プラズマ照射手段３７は、その反応容器３８が同じく電極配置面３に幅寸法に対応する幅の偏平な長方形断面でかつその対向面に一対の平板電極（図示せず）が配置されており、一対の平板電極間に高周波電源（図示せず）にて高周波電圧を印加することで偏平な反応容器３８内に高周波電界を印加し、かつこの反応容器３８の一端から第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガス１２を供給することによって、幅の広い偏平な大気圧プラズマ８を吹き出させるように構成されている。そして、吹き出した大気圧プラズマ８が第１の不活性ガス４の吹き出し口３６の近傍で、第１の不活性ガスの流れに衝突するように大気圧プラズマ照射手段３７が配設されている。
この構成例によれば、吹き出し口３６から電極配置面３の全幅に対応する幅で電極配置面３に沿って流れる第１の不活性ガス４の流れに、大気圧プラズマ照射手段３７から吹き出した大気圧プラズマ８が衝突することで、電極配置面３に沿って流動する第１の不活性ガス４に乗って大気圧プラズマ８のラジカルが運ばれ、それによって電極配置面３の全面に一斉かつ均等に展開したプラズマ３２が確実に形成され、電極配置面３の全面を一度に短時間で効果的にプラズマクリーニングすることができる。
（第３の実施形態）
次に、本発明の電極接合方法を適用した部品実装装置に係る第３の実施形態について、図８、図９を参照して説明する。
本実施形態の部品実装装置は、第１の実施形態の電極接合方法を実施するものであり、部品搭載装置３９と本接合装置４０を並列配置して構成されている。部品搭載装置３９は、基台４１上面に基板の搬入・搬出と位置決めを行う基板搬送手段４２が配設され、基台４１後部に立設された支柱４３に三次元移動ロボットから成る部品搭載手段２５が配設され、その可動部４４にガス送出ヘッダ５を備えた吸着ヘッド２を配設して構成され、かつ可動部４４に第２の認識手段２４が配設されている。また、基台４１の前部に部品供給部２６が配設され、その側部に第１の認識手段２７と大気圧プラズマ照射手段７が配設されている。また、本接合装置４０は、基台４５上面に基板１０の搬入・搬出と位置決めを行う基板搬送手段４６が配設され、基台４５後部に立設された支柱４７に熱圧着ヘッド４８が配設され、基板１０上に搭載された半導体素子１を熱圧着ヘッド４８にて加熱・加圧してそれらの電極同士を熱圧着して本接合するように構成されている。
また、部品搭載装置３９の基板搬送手段４２、部品搭載手段２５及びその吸着ヘッド２や第２の認識手段２４、大気圧プラズマ照射手段７、第１の認識手段２７は、図９に示すように、操作部４９から指令によって記憶部５０に記憶されている動作プログラムや各種データに基づいて制御部５１にて動作制御され、またその動作状態や各種処理結果等が表示部５２に表示するように構成されている。
この部品実装装置による半導体素子１の基板１０への実装動作は、第１の実施形態における図４を参照して説明した実装動作と同じであるため、その説明を援用し、重ねての説明は省略する。
以上の実施形態の説明では、基板１０に実装する部品が半導体素子１である例についてのみ説明したが、部品はこれに限定されるものではなく、例えば電極が設けられたフレキシブル基板を有するＩＣ部品など、基板の電極に接合すべき電極を有する各種部品に適用することができる。
また、上記実施形態では、部品としての半導体素子１の電極を大気圧プラズマ８にてクリーニングする例についてのみ説明したが、基板１０の電極に対して、また部品の電極と基板１０の電極の両方の電極に対して、大気圧プラズマ８にてクリーニングするようにしても良いことは言うまでもない。なお、基板１０の電極をクリーニングする構成としては、基板位置決め手段である基板搬送手段４２に不活性ガス供給手段としてのガス送出ヘッダ５を配設し、部品搭載手段２５に大気圧プラズマ照射手段２８を配設した構成とするのが好適である。
また、上記実施形態では、照射する大気圧プラズマ８として、第２の不活性ガスと反応性ガスとの混合ガス１２を用い、その混合ガスに高周波電界を印加して発生させたものを使用する例についてのみ説明したが、第２の不活性ガスに高周波電界を印加して発生させた大気圧プラズマに、反応性ガス又は第３の不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを衝突させて発生した大気圧プラズマを使用するようにしても良く、その場合小さな電力で確実かつ安定して大気圧プラズマを発生することができるとともに、その大気圧プラズマに反応性ガス又は混合ガスを衝突させることで反応性ガスのラジカルを効率的にかつ大量に発生させて照射することができ、小さな電力で効率的に洗浄することができる。
本発明の電極接合方法及び部品実装装置によれば、洗浄対象の電極表面にプラズマを照射することで基板に接合する部品に損傷を与える恐れなく電極表面をプラズマ洗浄することができ、またその洗浄した電極表面をその後も継続して第１の不活性ガスで覆い、洗浄した状態を維持したまま電極を接合することで、信頼性の高い接合状態を得ることができるので、各種部品を基板に実装する部品実装装置に好適に利用することができる。
本発明の電極接合方法の第１の実施形態の工程説明図。 同実施形態における吸着ヘッドとガス送出ヘッダと大気圧プラズマ照射手段を拡大して示した構成図。 同実施形態におけるガス送出ヘッダを一体に組み込んだ吸着ヘッドの構成例を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は下方から見た斜視図。 同実施形態の電極接合方法の適用した部品実装方法の工程説明図。 本発明の電極接合方法の第２の実施形態の工程説明図。 同実施形態の他の構成例の縦断面図。 同実施形態のさらに別の構成例の斜視図。 本発明の電極接合方法を適用した部品実装装置に係る第３の実施形態の概略構成を示す斜視図。 同実施形態の部品実装装置の制御構成を示すブロック図。 第１の従来例の電極接合方法の工程説明図。 第２の従来例の電極接合方法を実施する装置の概略構成図。 第２の従来例の電極接合方法の問題点の説明図。
符号の説明
１ 半導体素子
２ 吸着ヘッド
３ 電極配置面（洗浄対象電極表面）
４ 第１の不活性ガス
５ ガス送出ヘッダ（不活性ガス供給手段）
７、２８、３７ 大気圧プラズマ照射手段
８ 大気圧プラズマ
１０ 基板
１２ 第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガス
１５ 接地電極
２４ 第２の認識手段
２５ 部品搭載手段
２６ 部品供給部
２７ 第１の認識手段
３４ 吹き出し口
３５ 吸い込み口
４２ 基板搬送手段（基板位置決め手段）
５１ 制御部

Claims (7)

  1. 部品の電極を基板上の電極に接合する電極接合方法であって、部品と基板の少なくとも何れか一方の洗浄対象の電極表面に大気圧プラズマを照射して洗浄するプラズマ洗浄工程と、大気圧プラズマの照射が終了する時点以前に洗浄対象の電極表面とその周辺を第１の不活性ガスで覆ってその後もその状態を維持する不活性ガス雰囲気維持工程と、不活性ガス雰囲気維持工程を終了する前に部品の電極と基板上の電極を接合する接合工程とを有し、プラズマ洗浄工程で、第２の不活性ガスに高周波電界を印加して発生させた大気圧プラズマに、第３の不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを衝突させて発生した大気圧プラズマにて洗浄対象の電極表面を洗浄することを特徴とする電極接合方法。
  2. プラズマ洗浄工程で、照射する大気圧プラズマの近傍に配置した接地電極にてプラズマ中のイオンの電荷を除去し、主としてラジカルのみを照射することを特徴とする請求項１記載の電極接合方法。
  3. プラズマ洗浄工程において、大気圧プラズマを照射する前から洗浄対象の電極表面とその周辺を第１の不活性ガスで覆い、第１の不活性ガスを介して大気圧プラズマ中のラジカルを洗浄対象の電極表面に照射させることを特徴とする請求項１に記載の電極接合方法。
  4. 不活性ガス雰囲気維持工程では、第１の不活性ガスを洗浄対象の電極表面に沿って流れるように供給するとともに、洗浄対象の電極表面に沿って流れた後の第１の不活性ガスを吸引することを特徴とする請求項１に記載の電極接合方法。
  5. 第１、第２、第３の不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、キセノン、ネオン、窒素、又はこれらの１種又は複数種の混合ガスから選ばれた、互いに同種若しくは異種のガスであり、反応性ガスは水素ガス又は酸素ガスであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の電極接合方法。
  6. 基板上に部品を搭載し、基板の電極と部品の電極を接合する部品実装装置であって、基板を所定位置に位置決めする基板位置決め手段と、部品を供給する部品供給部と、部品供給部の部品をピックアップして移送し、基板上に搭載して基板の電極と部品の電極を接合する部品搭載手段と、第２の不活性ガスに高周波電界を印加して発生させた大気圧プラズマに、第３の不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを衝突させて発生した大気圧プラズマにて洗浄対象の電極表面を洗浄する大気圧プラズマを基板と部品の少なくとも何れか一方の洗浄対象の電極に照射する大気圧プラズマ照射手段と、大気圧プラズマを照射する電極の表面を第１の不活性ガスで覆うように第１の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、基板位置決め手段と部品供給部と部品搭載手段と大気圧プラズマ照射手段と不活性ガス供給手段を制御する制御部とを備え、制御部は、電極の表面に対する大気圧プラズマの照射が終了する時点以前に不活性ガス供給手段を動作させ、大気圧プラズマを照射した電極表面を第１の不活性ガスで覆った状態を維持したまま基板と部品の電極を接合するように制御することを特徴とする部品実装装置。
  7. 第１の不活性ガスを大気圧プラズマが照射される電極表面に沿って流すように、第１の不活性ガスの吹き出し口と吸い込み口を部品搭載手段に配設したことを特徴とする請求項６に記載の部品実装装置。
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